La cosa principale da evitare nel controllo della stabilità dell'aereo &, è un momento di prua aerodinamico che non è comandato dal pilota. Il momento non comandato a testa alta non si auto-stabilizza, ma diventa rapidamente progressivamente più grande con l'aumentare dell'angolo di attacco e scappa verso un aereo in stallo.

Durante la certificazione di un aereo passeggeri, vengono eseguiti molti test per verificare se la cellula non inizia ad avere una mente propria.

• Se il pilota non fornisce un input di controllo, la cellula deve tornare alla posizione di trim.
• Le forze e gli input per allontanare l'aereo dalla posizione di trim devono essere tali che è necessaria una forza sempre crescente per ottenere una posizione sempre crescente con il naso all'insù. La posizione del muso in alto deve essere sempre comandata dalle superfici di controllo del volo, elevatore e stabilizzatore, in modo prevedibile.

Uno dei test da eseguire durante la certificazione è lo stick-force-per -g. Inclinare l'aereo e iniziare a virare mentre si tira indietro lo stick per mantenere l'altitudine. Quindi inclina di più e tira indietro di più, in curve sempre più strette. Deve essere progressivamente più difficile tirare indietro la leva per mantenere l'altitudine, mai più facile.

Fu durante questa virata di avvolgimento che, a causa della configurazione del motore del MAX, apparve un momento di punta aerodinamica, il che farebbe sì che la forza dello stick di beccheggio diventi improvvisamente inferiore al previsto. Non male come un lancio fuori controllo, ma comunque una situazione indesiderabile quando il pilota sta ancora sforzandosi di mantenere la manovra. Questa è la situazione per la quale MCAS è stato originariamente progettato, per compensare automaticamente solo questa situazione. L'aereo deve sempre stabilizzarsi e il modo di controllo deve essere prevedibile ed entro i tempi di reazione degli umani.

Maggiori informazioni nei link in questa domanda, articoli molto interessanti che illustrano come Il design MCAS si è gonfiato rispetto all'ambito originale, sotto la pressione del tempo.

Controintuitivamente, abbassare il muso di un aereo non è fatto allo scopo di "scendere". Salita / discesa è gestita con l'acceleratore e la velocità è gestita con la colonna / stick di controllo. La logica di ciò ha senso se si considera che salire o scendere implica l'aggiunta o la rimozione di energia potenziale che viene prodotta dai motori e affondata nella resistenza.

Tira indietro la colonna / bastone e aumenti l'angolo di beccheggio, che aumenta l'angolo di attacco, che aumenta la portanza. Ciò fa sì che l'aereo salga, sì, ma salire richiede energia extra che proviene più immediatamente dal movimento in avanti dell'aereo: rallenta. Man mano che rallenta, la portanza diminuisce e (idealmente), l'equilibrio viene ripristinato a una velocità inferiore e un angolo di attacco aumentato.

Stessa cosa al contrario: spingi in avanti e vai più veloce.

A causa del modo in cui i nuovi motori sono stati montati sul 737 Max 8, ha acquisito un problema di manovrabilità in cui il muso potrebbe alzarsi inaspettatamente; se non corretto, questo lancio potrebbe provocare uno stallo. L'MCAS aveva lo scopo di compensare questo cattivo comportamento rilevando il suo verificarsi e spingendo automaticamente il muso verso il basso per mantenere l'atteggiamento previsto e prevenire uno stallo. Gli incidenti hanno tragicamente rivelato punti di fallimento nell'MCAS; in questi casi, l'MCAS ha risposto a una condizione di angolo di attacco elevato erroneamente indicata.

Un articolo abbastanza lungo è stato pubblicato recentemente su The Verge, che descrive in dettaglio la storia dell'evoluzione del 737 in il Max 8. L'articolo delinea il motivo per cui esiste l'MCAS e perché fa quello che fa (sia nominalmente che erroneamente), così come una breve storia di uno degli aerei dell'incidente che ha portato ai suoi momenti finali. Non sono sicuro di quanto sia autorevole l'articolo, ma credo che tutti i fatti dichiarati siano corretti.

Per aggiungere un po 'alle risposte esistenti, il motivo del momento inaspettato di beccheggio sul 737 MAX, a quanto ho capito, aveva a che fare con la parte appiattita sul fondo del cofano motore.

La radice del problema è che il 737 è stato progettato ai tempi dei turbofan a basso bypass (in particolare, il Pratt & Whitney JT8D). A causa del basso rapporto di bypass intorno al core, questi motori avevano diametri molto più piccoli rispetto ai turbofan ad alto bypass di oggi. Il JT8D aveva un diametro della ventola di soli 49 pollici, mentre il LEAP-1B sul 737 MAX ha un diametro della ventola di 69 pollici (e anche questo è notevolmente inferiore al diametro di 78 pollici sui LEAP-1A per la serie A320neo. )

A causa del massiccio aumento del diametro del motore con il passaggio ai motori turbofan ad alto bypass, l'altezza da terra è diventata un problema, poiché l'altezza del carrello di atterraggio è stata progettata pensando a motori molto più piccoli. Quindi, vedrai anche sulla serie 737 NG che c'è una porzione appiattita sul fondo della cappottatura del motore per migliorare un po 'l'altezza da terra consentendo comunque al carrello di atterraggio di adattarsi al pozzetti delle ruote. Poiché i motori LEAP sul MAX sono persino più grandi dei motori CFM56 sul NG, la parte appiattita è diventata più grande per adattarsi ai nuovi motori sotto l'ala.

737NG con appiattito carenature del motore ( Fonte)

Si scopre che questa porzione appiattita può creare una quantità significativa di portanza (e, a causa del suo posizionamento, momento di sollevamento) ad angoli elevati di attacco. Ciò fa sì che l'aereo voglia alzarsi ancora di più ad alto AoA, il che è negativo per i motivi che Koyovis ha già spiegato bene. Pertanto, MCAS è stato progettato per prevenire questa tendenza per AoA a continuare aumenti non comandati ad AoA alto spingendo intenzionalmente il naso verso il basso se l'AoA diventa troppo alto.

L'idea in sé non è necessariamente cattiva e sistemi con scopi simili (spingere il naso verso il basso per evitare che l'AoA diventi troppo alto) esistono su quasi tutti gli aerei Airbus ancora in volo e anche su altri progetti Boeing più recenti. Il problema era con l'implementazione dell'MCAS, che apparentemente non verificava in modo incrociato gli ingressi delle palette AoA l'uno contro l'altro o in altro modo non faceva un controllo di sanità mentale sufficiente sugli ingressi dalle palette AoA prima di agire su uno degli ingressi delle palette AoA per spingere il muso abbassato senza il comando dei piloti. Nel caso dell'incidente etiope, le informazioni preliminari degli investigatori indicano che la banderuola AoA che l'MCAS stava utilizzando come input è stata probabilmente completamente staccata dall'aereo, forse durante un bird strike o un evento FOD simile durante il decollo. A causa del contrappeso della paletta ancora attaccata, ciò ha fatto sì che indicasse un AoA estremamente alto, che a sua volta ha attivato l'MCAS.

L'MCAS forza il muso del 737 MAX verso il basso perché, in alcune circostanze, il muso dell'aereo può alzarsi e ciò potrebbe provocare uno stallo.

Da Wikipedia :

Il Maneuvering Characteristics Augmentation System (MCAS) è un sistema software di controllo del volo sviluppato per il Boeing 737 MAX per fornire qualità di manovrabilità simili al Boeing 737 NG, specialmente a bassa velocità e ad alto angolo di volo di attacco (AoA). Abbassa il muso senza l'intervento del pilota quando determina che l'aereo è troppo alto, in base all'input dei sensori di velocità, altitudine e angolo di attacco. Tuttavia, è suscettibile di attivazione errata, come evidenziato negli incidenti mortali del volo Lion Air 610 e del volo Ethiopian Airlines 302. Il 737 MAX è a terra a tempo indefinito fino a quando le autorità di regolamentazione non decidono che l'aereo è idoneo al volo, in attesa di aggiornamenti software e strumentazione e revisioni delle informazioni per equipaggi di volo. Potrebbe anche essere richiesto di sottoporsi a sessioni di addestramento MCAS in simulatori di volo.

IIRC, le modifiche al 737 (compresi i nuovi motori che lo alimentavano) significavano che i motori dovevano essere posizionati più avanti e più in alto. (Questo era un caso simile quando sono passati dai "sigari" originali al CFM-56). E in alcune condizioni di volo, ciò ha comportato il beccheggio automatico del velivolo.

MCAS è stato progettato per contrastare questa tendenza, per evitare che i piloti debbano costantemente apportare correzioni. Poiché era un comportamento intrinseco del nuovo progetto, è stato implementato in modo tale che i piloti non intendessero nemmeno sapere che un tale sistema esisteva sui loro aerei, a tutti gli effetti stava volando "proprio come facevano gli altri" .

Per un volo stabile tutte le forze e i momenti devono essere in equilibrio. Per una data velocità e spinta c'è una finestra di angoli di attacco accettabili (AoA) quando l'ala produce abbastanza portanza. Se l'angolo di attacco è troppo alto, l'ala si ferma e l'aereo perde bruscamente portanza. L'AoA critico può essere raggiunto aumentando eccessivamente il beccheggio per una data velocità o rallentando per un determinato passo.

Il design del Boeing 737 risale al 1964 e agli ultimi 737 sono evoluzioni di quel design. Le differenze più evidenti nel design degli aerei ora a terra sono:

• Lunghezza scafo
• Apertura alare
• Spinta del motore

Se si confrontano le posizioni del motore e il fatto che la spinta è raddoppiata nel tempo, è possibile vedere chiaramente da dove proviene il beccheggio non intenzionale in alto.

Questo beccheggio in alto può portare allo stallo e al beccheggio essere eseguito per evitare tale situazione perché l'accensione porterà a un'ulteriore mossa di lancio.

Nota anche che l'intervento dell ' MCAS ha portato a un disatro solo due volte; in tutti gli altri casi non degno di essere documentato ha funzionato come previsto. Il problema, che ha reso tutti i 737-MAX a terra, NON riguarda che tale sistema fosse implementato ma come è stato implementato e come è stato documentato - che è una storia completamente diversa. Si noti inoltre che non è il primo caso di anti-stallo malfunzionamento del sistema di sicurezza non ben documentato che porta a conseguenze disastrose.

Non capisco perché nessun produttore di aeromobili, ingegnere, sviluppatore di software possa realizzare un dispositivo che spinge verso il basso il muso dell'aereo.

Perché la storia lo ha dimostrato i piloti stessi non sempre lo fanno.
Ricordo che gli ingegneri pensavano che avrebbe migliorato la sicurezza.
Guardando il volo Air France 447, se (un MCAS funzionante) fosse in atto, probabilmente avrebbe salvato l'aereo.

In breve, il primo ufficiale ha fermato l'aereo in acqua.

Il primo ufficiale Robert si è detto: "arrampicati" quattro volte. Bonin lo sentì e rispose: "Ma sono stato al massimo con il naso all'insù per un po '!" Il capitano Dubois si rese conto che Bonin stava causando lo stallo, facendolo gridare: "No no no, non salire!"

Questo è solo un incidente in cui abbassare il muso avrebbe salvato l'aereo .
Non sto incolpando l'equipaggio di volo, è "contro-intuitivo" abbassare il naso e una volta che il tuo cervello da rettile è in carica è difficile riprendere il controllo della tua mente.

Gli aerei volano veloci. Se non hanno abbastanza velocità, cadono come mattoni.

Il muso in giù scambia l'altitudine con la velocità. Stai perdendo quota, ma "voli di più".

Con il naso all'insù cerca di scambiare la velocità con l'altitudine. Nella migliore delle ipotesi, stai guadagnando quota, ma "voli meno". Nel peggiore dei casi, non stai guadagnando nulla, stai solo scivolando verso il basso mentre guardi in alto. È così che si è schiantato il volo Air France 447: il copilota ha continuato a tirare su e hanno perso tutta l'altitudine proprio per questo.

Il 737 MAX, a causa delle sue dimensioni del motore non pianificate, ha la naturale tendenza a sollevare il muso, che è super pericoloso per i motivi di cui sopra. Spingerlo verso il basso è un modo per tenere a bada questo pericolo. Il problema non è spingere il naso verso il basso, ma spingerlo troppo spesso e troppo. Hanno sostituito il grande pericolo con uno più piccolo, che purtroppo si è dimostrato progettato anche peggio dei motori sovradimensionati.

Il vero problema non è che l'ascensore dalle gondole fornisce un momento di beccheggio verso l'alto. Il problema è perché. La stabilità richiede che il centro di portanza del velivolo totale sia dietro al centro di gravità. La portanza totale proviene da diverse fonti, l'ala, un contributo dalla fusoliera, il contributo dovuto all'angolo di spinta del motore rispetto all'angolo di attacco e il contributo della gondola del motore. Ad un angolo di attacco elevato il contributo della gondola motore diventa significativo. Aggiungi tutte queste fonti e il risultato è che il centro di portanza dell'aereo totale si sposta in avanti con un angolo di attacco elevato. All'aumentare dell'angolo di attacco, il centro di portanza si sposta in avanti con conseguente aumento del beccheggio. Man mano che l'angolo di attacco aumenta, il centro di portanza si sposta in avanti rispetto al centro di gravità e si verifica un beccheggio potenzialmente incontrollato.

Ho letto un articolo su questo argomento che mi ha aiutato a capirlo molto bene.

I motori costruiti per il 737 Max sono molto potenti.

Pensa a te stesso alla guida di una moto o di un'auto. Cosa succede al livello del muso della macchina quando inizi a un ritmo veloce? La parte anteriore si alza. E quando rallenti velocemente? La parte anteriore si abbassa. Giusto?

A causa di questo problema, secondo gli ingegneri, era necessario qualcosa per controllare il livello dell'aereo che è ciò per cui è stato progettato l'MCAS. Per aiutare a stabilizzare l'aereo durante questi movimenti rapidi, eventi che accelerano o rallentano rapidamente.

Con i dati corretti forniti all'MCAS, funziona molto bene stabilizzando l'aereo durante il volo in modo che il pilota possa pilotare l'aereo come un 737 come è stato progettato per essere.

Senza MCAS, il pilota avrebbe difficoltà a mantenere stabile l'aereo quando la velocità dell'aereo cambia. Il pilota non può concentrarsi su molte cose che accadono senza MCAS.

Questo in poche parole aveva molto senso per me. Qualsiasi aereo con motori potenti avrà bisogno di un tipo di sistema MCAS per questo motivo. Ed è stato progettato per funzionare in background.

Alla guida delle nostre auto, molti dispositivi sono al lavoro in background che ci consentono di guidare e concentrarci sulla strada. Stesso principio qui per il pilota a causa dei nuovi potenti motori.

Penso che il problema per Boeing fosse il rischio di rimanere indietro rispetto ad Airbus nelle vendite. Così hanno modificato il 737 utilizzando motori molto più grandi che a causa della limitata altezza da terra dovevano essere montati in modo tale da aumentare il rischio di stallo durante il decollo. Quindi, con un aereo che non è aerodinamico come dovrebbe essere, Boeing ha montato un sistema per superare i difetti aerodinamici, MCAS. Sembra strano produrre consapevolmente un aereo che non è aerodinamico come il suo predecessore, ma nella loro disperazione di tenere il passo con Airbus, Boeing ha fatto esattamente questo.